JP2018502012A - Swimming and diving aids - Google Patents
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Abstract
本発明は、ユーザが乗るまたは立つ船殻を備えた水泳・潜水補助具に関し、これは、船殻内に配置されており電気モータによって駆動されるプロペラを収容する流路を有し、プロペラの基体部分に取り付けられた半径方向外向きのプロペラブレードを有し、電気モータは、堅固に配置されたモータステータと、モータステータに空間的に割り当てられた回転ロータとを有する。電気モータのロータが少なくとも1つのプロペラブレードの少なくとも1つの外側端部に直接的または間接的に結合され、モータステータが少なくとも部分的にロータの周りに円周方向に配置できるようになっている。このモータ構成は、水泳・潜水補助具の動的駆動を可能にする。【選択図】図3The present invention relates to a swimming and diving aid having a hull on which a user rides or stands, which has a flow path for accommodating a propeller disposed in the hull and driven by an electric motor. The electric motor has a radially outward propeller blade attached to the base portion and the motor motor has a rigidly arranged motor stator and a rotating rotor spatially assigned to the motor stator. The rotor of the electric motor is coupled directly or indirectly to at least one outer end of the at least one propeller blade so that the motor stator can be at least partially arranged circumferentially around the rotor. This motor configuration enables dynamic driving of the swimming and diving aid. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、ユーザが乗るまたは立つ船殻を備えた水泳・潜水補助具に関し、これは、船殻内に配置されており電気モータによって駆動されるプロペラを収容する流路を有し、プロペラの基体部分に取り付けられた半径方向外向きのプロペラブレードを有し、電気モータは、堅固に配置されたモータステータと、モータステータに空間的に割り当てられた回転ロータとを有する。 The present invention relates to a swimming and diving aid having a hull on which a user rides or stands, which has a flow path for accommodating a propeller disposed in the hull and driven by an electric motor. The electric motor has a radially outward propeller blade attached to the base portion and the motor motor has a rigidly arranged motor stator and a rotating rotor spatially assigned to the motor stator.
この種の水泳・潜水補助具は、ドイツ特許第10 2004 049 615号明細書から既知である。それらは、ユーザが上体の一部をウォータービークルの船殻の上側に置いている間に把持することができるハンドル構成を有する。プロペラが収容される流路が船殻内に配置されている。プロペラは、蓄電池を介して電気が供給される電気モータによって駆動される。この目的のために、プロペラは、駆動シャフトを介して電気モータに接続される。電気モータは、プロペラまで延伸する収容ハウジング内に保持される。駆動シャフトは、シールカセットを介してハウジングからプロペラへと案内される。このようにして水密に設計された収容ハウジングは、水に浸された水泳・潜水補助具の船殻内のチャンバ内に電気モータと共に配置され、その廃熱を流れ去る水に放出する。この目的のために、プロペラ、電気モータ、および関連する制御デバイスは、水中駆動ユニットとして設計され、流路内に配置される。 A swimming and diving aid of this kind is known from DE 10 2004 049 615. They have a handle configuration that allows the user to grip while placing a part of the upper body on the upper side of the water vehicle hull. A flow path for accommodating the propeller is disposed in the hull. The propeller is driven by an electric motor supplied with electricity via a storage battery. For this purpose, the propeller is connected to the electric motor via a drive shaft. The electric motor is held in a receiving housing that extends to the propeller. The drive shaft is guided from the housing to the propeller via the seal cassette. The watertight housing housing thus designed is placed with an electric motor in a chamber in the hull of a swimming / submersion aid immersed in water, and releases its waste heat to the flowing water. For this purpose, the propeller, electric motor and associated control device are designed as submersible drive units and are placed in the flow path.
このような構成には、冷却によってコンパクトな設計および優れた効率が達成されるという利点に反して、電気モータが流路内に配置され、したがって水の流れに大きく影響を及ぼすという欠点がある。これは、特に、水泳・潜水補助具の迅速な加速のために高いトルクを提供する強力な電気モータに適用され、比較的直径が小さく、従って短いレバーアームを力伝達領域内に有する駆動シャフトを介してプロペラに上記トルクを伝達しなければならない。したがって、流路は、電気モータによって引き起こされるシャドウイングを補償するのに十分に大きい寸法にしなければならない。水泳・潜水補助具の寸法はそれによって影響を受ける。 Such a configuration has the disadvantage that the electric motor is placed in the flow path and thus greatly affects the flow of water, contrary to the advantage that a compact design and good efficiency is achieved by cooling. This applies in particular to powerful electric motors that provide high torque for rapid acceleration of swimming and diving aids, with a relatively small diameter and thus a drive shaft with a short lever arm in the force transmission area. The torque must be transmitted to the propeller via The flow path must therefore be dimensioned sufficiently large to compensate for shadowing caused by the electric motor. The dimensions of swimming and diving aids are affected thereby.
したがって、ドイツ特許出願公開第10 2013 100 544号明細書には、プロペラが流路内に配置されたウォータービークルが提案されている。ウォータービークルの船殻にはフラッディングチャンバが設けられており、当該チャンバは浮上および潜水動作中に開口を通る水を介して水を充填される。電気モータおよび関連する蓄電池は、フラッディングチャンバ内に配置され、したがって流路内の流れに影響を与えることなく効率的に冷却される。電気モータからプロペラへのエネルギー伝達は、フラッディングチャンバから流路へと案内されるジャケット管内を案内される駆動シャフトを介して行われる。このようにして、電気モータは、流路の流れ領域から取り外される。しかし、電気モータはフラッディングチャンバ内の水との熱伝導接触によって依然として冷却される。 Accordingly, German Patent Application Publication No. 10 2013 100 544 proposes a water vehicle in which a propeller is arranged in a flow path. The hull of the water vehicle is provided with a flooding chamber that is filled with water through the water passing through the opening during ascent and diving operations. The electric motor and associated accumulator are placed in the flooding chamber and are thus efficiently cooled without affecting the flow in the flow path. Energy transfer from the electric motor to the propeller takes place via a drive shaft guided in a jacket tube guided from the flooding chamber to the flow path. In this way, the electric motor is removed from the flow area of the flow path. However, the electric motor is still cooled by thermally conductive contact with the water in the flooding chamber.
この構成では、駆動シャフトが必然的に延長されることによってウォータービークルに重量が追加されることが、特にスポーツデバイスの水の外への輸送に深刻な影響を与えることが不利である。駆動シャフトの質量慣性の増大は、駆動装置の動力学に影響を及ぼし、これは対応してより強力な電気モータによって補償されなければならず、これにはエネルギー消費が増大するという欠点がある。駆動シャフトが案内されることによる流路内の流れにおける干渉、および、駆動シャフトが案内される領域内の流路の、普通なら平滑な壁が遮断されることによる干渉によってさらに不都合が生じ、この干渉は効率を低下させる。 In this configuration, the weight is added to the water vehicle by inevitably extending the drive shaft, which is disadvantageous, in particular for seriously affecting the transport of the sport device out of the water. Increasing the mass inertia of the drive shaft affects the dynamics of the drive, which must be compensated by a correspondingly more powerful electric motor, which has the disadvantage of increasing energy consumption. Further inconvenience arises due to interference in the flow in the flow path due to the drive shaft being guided and interference due to the blocking of the normally smooth walls of the flow path in the area where the drive shaft is guided. Interference reduces efficiency.
本発明の目的は、高ダイナミック駆動で低い自重を有する水泳・潜水補助具を提供することである。 An object of the present invention is to provide a swimming and diving aid having high dynamic drive and low weight.
本発明の課題は、電気モータのロータが少なくとも1つのプロペラブレードの少なくとも1つの外側端部に直接的または間接的に結合され、モータステータが少なくとも部分的にロータの周りに円周方向に配置されることによって解決される。したがって、ロータは、回転軸に対して比較的大きな距離を有する大きな円形経路上を運動する。したがって、プロペラに伝達される高いトルクが達成される。高いトルクのために、プロペラの回転速度への迅速な変更を達成することができ、これは水泳・潜水補助具の高ダイナミック駆動を可能にする。 The object of the present invention is to directly or indirectly couple the rotor of an electric motor to at least one outer end of at least one propeller blade and to arrange the motor stator at least partly circumferentially around the rotor. It is solved by doing. Thus, the rotor moves on a large circular path having a relatively large distance with respect to the axis of rotation. Thus, a high torque transmitted to the propeller is achieved. Due to the high torque, a quick change to the rotation speed of the propeller can be achieved, which allows a high dynamic drive of the swimming and diving aid.
本発明の特に好ましい実施形態では、プロペラブレードの少なくとも一部の外側端部がプロペラリングに接続され、ロータがプロペラリング上に配置されること、および/または、プロペラブレードの少なくとも一部の外側端部が環状ロータハウジングに接続され、ロータがロータハウジング内に配置されることを設けてもよい。したがって、駆動力は、複数のプロペラブレードを介して伝達され、これにより、個々のプロペラブレードの機械的負荷が大幅に低減される。したがって、プロペラに非常に高い駆動力を伝達することが可能である。ロータの遠心力は、プロペラリングまたはロータハウジングに伝達される。プロペラリングまたはロータハウジングの直径方向に対向する領域に作用する牽引力は、互いに打ち消しあうので、プロペラブレードは引張荷重を受けない。これにより、プロペラブレードの寿命が延びる。プロペラリングは、ロータハウジングの内側基体を構成してもよい。ロータハウジングが使用される場合、ロータは水から保護される。 In a particularly preferred embodiment of the invention, the outer end of at least part of the propeller blade is connected to the propeller ring, the rotor is arranged on the propeller ring, and / or the outer end of at least part of the propeller blade. It may be provided that the part is connected to the annular rotor housing and the rotor is arranged in the rotor housing. Thus, the driving force is transmitted through the plurality of propeller blades, thereby greatly reducing the mechanical load on the individual propeller blades. Therefore, it is possible to transmit a very high driving force to the propeller. The centrifugal force of the rotor is transmitted to the propeller ring or rotor housing. The traction forces acting on the diametrically opposed regions of the propeller ring or rotor housing cancel each other, so that the propeller blades are not subjected to a tensile load. This extends the life of the propeller blade. The propeller ring may constitute the inner base of the rotor housing. If a rotor housing is used, the rotor is protected from water.
プロペラリングおよび/またはロータハウジングがプロペラ上に一体成形されているので、簡単で安価な生産を達成することができる。したがって、プロペラは、プロペラリングまたはロータハウジングと一緒に1つの作業工程で製造され得る。 Since the propeller ring and / or the rotor housing are integrally formed on the propeller, simple and inexpensive production can be achieved. Thus, the propeller can be manufactured in one working step together with the propeller ring or rotor housing.
ロータがロータの回転方向に配置された複数の永久磁石を有するという点、および/または、モータステータが、ロータが動く円形経路の円周方向に配置された複数の電磁石を有するという点で、電気モータの簡単で安全な設計が達成され得る。永久磁石を有するロータの設計により、ロータに電気を送る必要はない。したがって、回転構成要素への防水電気供給が排除される。複数の永久磁石および電磁石を使用することにより、多数の極対が達成される。これにより、高トルクの電気モータが得られる。 Electricity in that the rotor has a plurality of permanent magnets arranged in the direction of rotation of the rotor and / or that the motor stator has a plurality of electromagnets arranged in the circumferential direction of the circular path along which the rotor moves. A simple and safe design of the motor can be achieved. Due to the design of the rotor with permanent magnets, there is no need to send electricity to the rotor. Thus, waterproof electricity supply to the rotating components is eliminated. Multiple pole pairs are achieved by using multiple permanent magnets and electromagnets. Thereby, a high torque electric motor is obtained.
有利には、ステータブレードを備えたフローステータが水の流れ方向においてプロペラの下流に配置されること、フローステータがステータブレードを介して流路の壁に直接的または間接的に取り付けられること、および/または、モータステータを収容するステータハウジングが、ステータブレードの少なくとも一部の外側端部に直接的または間接的に接続されることを設けてもよい。ステータブレードは、水の回転運動の直線運動への変換が生じるように整列される。これにより、水の回転に蓄えられたエネルギーを、水泳・潜水補助具のために得ることができる。フローステータを流路上に取り付けることによって、フローステータは流路内に定置される。したがって、流路内で水の流速が高くてもその位置は変わらない。ステータは、好ましくは、ロータが運動する円形経路に対して円周方向に配置される。これにより、ステータが固定的に配置される。両方の要件は、フローステータに接続されたステータハウジングによって容易に満足され得る。 Advantageously, a flow stator with stator blades is arranged downstream of the propeller in the direction of water flow, the flow stator is attached directly or indirectly to the walls of the flow path via the stator blades, and Alternatively, a stator housing that houses the motor stator may be provided to be connected directly or indirectly to the outer end of at least a portion of the stator blade. The stator blades are aligned so that a conversion of the rotational motion of water into linear motion occurs. Thereby, the energy stored in the rotation of water can be obtained for the swimming / diving aid. By mounting the flow stator on the flow path, the flow stator is placed in the flow path. Therefore, even if the flow rate of water is high in the flow path, the position does not change. The stator is preferably arranged circumferentially with respect to the circular path along which the rotor moves. Thereby, a stator is arrange | positioned fixedly. Both requirements can easily be met by a stator housing connected to the flow stator.
電気モータのステータハウジングがフローステータ上に一体成形されているので、簡単で安価な生産を達成することができる。したがって、電気モータのフローステータおよびステータハウジングは、1つの作業工程で製造することができる。 Since the stator housing of the electric motor is integrally formed on the flow stator, simple and inexpensive production can be achieved. Therefore, the flow stator and the stator housing of the electric motor can be manufactured in one working process.
水泳・潜水補助具の所望の駆動を達成するためには、対応する水量が十分な速度まで加速されなければならない。これには十分に大きな流れ断面積が必要である。十分に大きな流れ断面積を達成することを可能にするために、ロータおよび/またはモータステータが流路の横方向凹部に配置されることを設けてもよい。このように、電気モータは、流路内に案内される水の主流の外側に配置される。このように、流路の断面は、電気モータが流路内に配置される設計とは対照的に、低減され得る。流路が船殻のかなりの部分を占有するので、水泳・潜水補助具全体は、駆動力を低下させることなく、よりコンパクトに設計することができる。 In order to achieve the desired drive of the swimming and diving aid, the corresponding amount of water must be accelerated to a sufficient speed. This requires a sufficiently large flow cross section. In order to be able to achieve a sufficiently large flow cross-sectional area, it may be provided that the rotor and / or motor stator is arranged in a transverse recess in the flow path. Thus, the electric motor is disposed outside the main flow of water guided in the flow path. In this way, the cross section of the flow path can be reduced as opposed to a design in which the electric motor is placed in the flow path. Since the flow path occupies a considerable portion of the hull, the entire swimming / diving aid can be designed more compactly without reducing the driving force.
流路内に配置された回転可能に取り付けられたシャフト上にプロペラを軸方向に固定することによって、プロペラの簡単で堅固な取り付けを達成することができる。 By securing the propeller axially on a rotatably mounted shaft located in the flow path, a simple and robust attachment of the propeller can be achieved.
本発明の好ましい実施形態に対応して、シャフトが中空シャフトとして設計されること、および/または、シャフトが炭素繊維強化プラスチック材料から製造されることを設けてもよい。シャフトを中空シャフトとして実装することによって、シャフトの安定性および剛性を実質的に損なうことなく軽量化を達成することができる。炭素繊維強化プラスチック材料(CFRP)は、金属から製造されたシャフトと比較して、非常に高い剛性を同時に伴いながら、著しく低い密度を有する。したがって、プロペラを回転可能に取り付けるため、および、プロペラから水泳・潜水補助具の船殻に推進力を伝達するために、CFRP製のより軽いシャフトを使用することができる。したがって、水泳・潜水補助具は、水の外側でより容易に運ばれ得る。より低い質量によって引き起こされるモータシャフトのより低い慣性は、電気モータによって提供される同じ電力で水泳・潜水補助具の原動力の増加をもたらし、これは、水上スポーツデバイスとしての水泳・潜水補助具の必須の利点を表す。これは、使用される電気モータの設置可能な出力および関連するエネルギー貯蔵の貯蔵能力が、運搬可能な水上スポーツデバイスにおいては強く制限されるため、特に当てはまる。 Corresponding to a preferred embodiment of the invention, it may be provided that the shaft is designed as a hollow shaft and / or that the shaft is manufactured from a carbon fiber reinforced plastic material. By implementing the shaft as a hollow shaft, weight reduction can be achieved without substantially impairing the stability and rigidity of the shaft. Carbon fiber reinforced plastic material (CFRP) has a significantly lower density while at the same time having a very high stiffness compared to shafts made from metal. Therefore, a lighter shaft made of CFRP can be used to rotatably mount the propeller and to transmit propulsive force from the propeller to the hull of the swimming and diving aid. Therefore, the swimming and diving aid can be carried more easily outside the water. The lower inertia of the motor shaft caused by the lower mass results in an increase in the driving force of the swimming and diving aid at the same power provided by the electric motor, which is essential for the swimming and diving aid as a water sports device Represents the benefits of This is especially true because the installable output of the electric motor used and the storage capacity of the associated energy storage are strongly limited in transportable water sports devices.
好ましくは、基体およびセンタリングバーが施されたセンタリングデバイスが、流路を流れる水の流れ方向においてプロペラの上流に配置されること、および、センタリングデバイスが、直接または間接的にセンタリングバーを介して流路の壁に取り付けられることを設けてもよい。プロペラは、固定式に保持されたセンタリングデバイスに回転可能に取り付けられてもよい。それによって、センタリングバーは、流れ去る水に対して低い流れ抵抗を提供するように、流線形に成形される。 Preferably, the centering device provided with the base body and the centering bar is arranged upstream of the propeller in the direction of flow of the water flowing through the flow path, and the centering device flows directly or indirectly through the centering bar. It may be provided that it is attached to a road wall. The propeller may be rotatably mounted on a centering device that is held stationary. Thereby, the centering bar is streamlined so as to provide a low flow resistance against the running water.
強い力がプロペラに作用し、この力は、水が流路内を乱流して流れるので、回転軸を横断する方向においても、プロペラに作用する。これらの力を安全に遮断し、かつ依然としてプロペラの円滑な回転を可能にするために、シャフトが取り付けられたベアリングがセンタリングデバイスおよびフローステータにそれぞれ配置されることを設けてもよい。シャフトの振動および曲がりは、両側取り付けによって防止することができる。これにより、プロペラの半径方向の位置がしっかりと取り付けられる。これは、ロータと、ロータの半径方向外側に取り付けられたステータとの間にほんの小さい隙間を設けることを可能にする。これらの対策により、高効率の電気モータが得られる。ロータとステータとの間、またはロータハウジングとステータハウジングとの間の衝突を安全に防止することができる。 A strong force acts on the propeller, and this force acts on the propeller even in a direction crossing the rotation axis because water flows turbulently in the flow path. In order to safely shut off these forces and still allow a smooth rotation of the propeller, it may be provided that the bearing with the shaft attached is arranged on the centering device and the flow stator, respectively. Shaft vibration and bending can be prevented by mounting on both sides. Thereby, the radial position of the propeller is firmly attached. This makes it possible to provide only a small gap between the rotor and the stator mounted radially outward of the rotor. With these measures, a highly efficient electric motor can be obtained. Collisions between the rotor and the stator or between the rotor housing and the stator housing can be safely prevented.
シャフトを恒久的かつ円滑に取り付けることができるように、第1のベアリングハウジングがセンタリングデバイスの基体内に設計されること、フロントベアリングが第1のベアリングハウジング内に保持されること、および、第1のベアリングハウジングが、取り外し可能な流入キャップで流路に対して水密に閉鎖されることを設けてもよい。したがって、フロントベアリングは水分から保護される。メンテナンスが必要な場合、流入キャップを取り外すことによって、フロントベアリングに容易に手が届くことができる。 The first bearing housing is designed in the base of the centering device so that the shaft can be installed permanently and smoothly, the front bearing is held in the first bearing housing, and the first The bearing housing may be closed watertight with respect to the flow path with a removable inflow cap. Therefore, the front bearing is protected from moisture. When maintenance is required, the front bearing can be easily reached by removing the inflow cap.
追加のベアリングハウジングがフローステータのステータ基体内に設計される点、リアベアリングが追加のベアリングハウジングに保持される点、および、追加のベアリングハウジングが取り外し可能ベアリング支持リングによって水密に閉鎖されるという点で、シャフトの恒久的で滑らかな取り付けがさらに達成され得る。したがって、リアベアリングは水分から保護される。メンテナンスが必要な場合、ベアリング支持リングを取り外すことによって、リアベアリングに容易に手が届く。 The additional bearing housing is designed in the stator body of the flow stator, the rear bearing is held in the additional bearing housing, and the additional bearing housing is watertightly closed by a removable bearing support ring Thus, a permanent and smooth attachment of the shaft can be further achieved. Therefore, the rear bearing is protected from moisture. If maintenance is required, the rear bearing can be easily reached by removing the bearing support ring.
水泳・潜水補助具は水上スポーツデバイスとして機能する。この目的のために、水泳・潜水補助具は、ユーザがデバイス上で自分自身を傷つけないように設計されなければならない。ユーザが走行中のプロペラに触れるのを防ぐために、その上に成形された接触保護バーを有する接触保護部が、プロペラから外方に面するフローステータの側に配置されること、接触保護バーが流路の壁に直接的または間接的に取り付けられること、および、好ましくは接触保護部の基体本体がフローステータに接続されることを設けてもよい。これにより、接触保護バーは、水の流れにできるだけ影響を与えないように、ただし、流路への到達を防止するように設計される。接触保護部の基体本体がフローステータに接続されている場合、これは流路に対して付加的に支持することができる。これにより、シャフトのリアベアリングの位置がさらに安定し、ひいてはプロペラの半径方向の位置が安定する。 Swimming and diving aids function as water sports devices. For this purpose, the swimming and diving aid must be designed so that the user does not hurt himself on the device. In order to prevent the user from touching the traveling propeller, a contact protection portion having a contact protection bar formed thereon is disposed on the side of the flow stator facing outward from the propeller, and the contact protection bar is It may be provided that it is directly or indirectly attached to the wall of the flow path, and preferably that the base body of the contact protector is connected to the flow stator. Thereby, the contact protection bar is designed so as not to affect the flow of water as much as possible, but to prevent reaching the flow path. If the base body of the contact protector is connected to the flow stator, this can be additionally supported with respect to the flow path. Thereby, the position of the rear bearing of the shaft is further stabilized, and consequently the position of the propeller in the radial direction is stabilized.
本発明の特に好ましい実施変形形態に対応して、水中駆動ユニットが、少なくとも、ロータハウジングおよびステータハウジングを有する電気モータ、センタリングデバイス、流入キャップ、フローステータ、ならびに、シャフトおよびベアリングを有するプロペラから形成されることを設けてもよい。水中駆動ユニットは、モジュールとして予め組み立てられ、流路に設置されてもよい。これにより、水泳・潜水補助具の組み立てが大幅に簡素化され、生産コストが削減される。
本発明は、図面に示される実施形態に基づいてより詳細に以下に説明される。
Corresponding to a particularly preferred embodiment variant of the invention, the submersible drive unit is formed from at least an electric motor having a rotor housing and a stator housing, a centering device, an inflow cap, a flow stator, and a propeller having a shaft and a bearing. May be provided. The underwater drive unit may be assembled in advance as a module and installed in the flow path. This greatly simplifies the assembly of swimming and diving aids and reduces production costs.
The invention is explained in more detail below on the basis of the embodiments shown in the drawings.
(図1)水泳・潜水補助具を後ろから見た斜視側面図である。
(図2)図1に示されている水泳・潜水補助具を下から見た斜視図である。
(図3)水泳・潜水補助具の、開放された状態で描かれた流路の領域における側方切断図である。
(図4)同様に断面で示されている水中駆動ユニットを備えた、水泳・潜水補助具の横切断図である。
(図5)プロペラの領域における、図4に示されている切断図の一部を示す図である。
(図6)フロントベアリング領域における、図4に示されている切断図の一部を示す図である。
(図7)リアベアリング領域における、図4に示されている切断図の一部を示す図である。
FIG. 1 is a perspective side view of a swimming / diving aid as seen from behind.
FIG. 2 is a perspective view of the swimming / diving aid shown in FIG. 1 as viewed from below.
FIG. 3 is a side cut-away view of the area of the flow path drawn in an open state of the swimming / diving aid.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a swimming / diving aid equipped with an underwater drive unit that is also shown in cross section.
FIG. 5 is a diagram showing a part of the cut view shown in FIG. 4 in the area of the propeller.
FIG. 6 is a view showing a part of the cut view shown in FIG. 4 in the front bearing region.
FIG. 7 is a diagram showing a part of the cut view shown in FIG. 4 in the rear bearing region.
図1は、水泳・潜水補助具10を後ろから見た斜視側面図で示す。水泳・潜水補助具10は、船殻11を有する。船殻11は、上部11.6と下部11.4とから組み合わされている。上部11.6には、船殻11の両側に配置された2つの把手16が設けられている。ユーザは、これらの把手16を保持し、把手16に取り付けられた操作要素16.1を用いて水泳・潜水補助具10を制御することができる。特に、水泳・潜水補助具10のエンジン出力をここで変更することができる。把手16を保持しているユーザは、ディスプレイ13の後ろの領域の接触面11.3上で、上部11.6に上半身を置く。ベルトシステムを固定するために、接触面11.3にはホルダ11.7が取り付けられており、これによりユーザは水泳・潜水補助具10に自身をベルト締めすることができる。充電ソケット用のキャップ12が接触面11.3の前に配置されており、充電ソケットはキャップの裏側にあるように示されている。船殻11に収容された蓄電池は、充電用ソケットを介して充電することができる。
FIG. 1 is a perspective side view of the swimming /
運搬ハンドル11.2が、船殻11の側面に配置されており、これによって水泳・潜水補助具10を水の外に運搬することができる。
A transport handle 11.2 is disposed on the side of the
取外し可能な保護カバー14が、走行方向においてディスプレイ13の上流で、2つの把手16の間で船殻11に固定されている。保護カバー14は、水泳・潜水補助具10の組み立て部(図示せず)に重なる。通気開口15.1が保護カバー15内に横方向に設けられ、これは、船殻11内に設けられ図3に示されているフラッディングチャンバ17に接続されている。
A removable
船首11.1の領域には水注入口15.2が設けられており、この領域を介して水がフラッディングチャンバ17に流入することができる。フラッディングチャンバ17は、この目的のために、保護カバー14の通気開口15.1を介して通気することができる。水泳・潜水補助具装置10の浮力は、浮上および潜水動作の両方が可能となるように所定の浮力が維持されるように水が満たされたフラッディングチャンバ17によって調整される。スラットによって覆われた水出口開口15.3が、水泳・潜水補助具10の船尾11.5上に配置され、同様にフラッディングチャンバ17に接続する。フラッディングチャンバ17は浸水されており、水は、水泳・潜水補助具装置10が水中に置かれると直ちに水入口開口15.2および水出口開口15.3に浸入する。水泳・潜水補助具10が走行モードに移行するとすぐに、フラッディングチャンバ17内に流れが発生する。これにより、水は水入口開口15.2を介してフラッディングチャンバ17に入る。水は、フラッディングチャンバ17を通って流れ、それによってフラッディングチャンバ17に保持された電気部品、例えば水泳・潜水補助具10を駆動するために必要な蓄電池に掛かる。これにより、水は電気部品の消散電力を受け入れ、電機部品を冷却する。フラッディングチャンバ17を通って流れた後、水は、水出口開口15.3を通ってフラッディングチャンバを出、水出口開口15.3は、流路20の噴出口26の両側に対称に配置される。接触保護部70が、流路20の端部側に配置され、ユーザが流路20内に到達することを防止する。
A water inlet 15.2 is provided in the area of the bow 11.1 through which water can flow into the
図2は、図1に示されている水泳・潜水補助具10を下から見た斜視図で示す。
FIG. 2 is a perspective view of the swimming /
図1に示す水入口開口は、船殻11の船首11.1に見える。側方溢流開口17.1が、船殻11の下部11.4の側部に設けられている。下部11.4の前方領域に追加の下方溢流開口17.2が導入され、船殻11に成形されたリブによって覆われる。流路20の左右の流入開口21.1、21.2が、下部11.4の中央に配置されている。流入開口21.1、21.2は、ガイド要素22.1によって互いに分離されている。保護バー22.2、22.3が、入口開口21.1、21.2の領域に配置されている。
The water inlet opening shown in FIG. 1 is visible at the bow 11.1 of the
溢水開口17.1、17.2は、水入口開口15.2と同様に、図3に示すフラッディングチャンバ17に接続されている。水泳・潜水補助具10が水中に置かれると、水は溢水開口17.1、17.2および水入口開口15.2を通ってフラッディングチャンバ17に流れ、それによって、水泳・潜水補助具10の所望の浮力を調節する。水泳・潜水補助具10が水から取り除かれると、水はフラッディングチャンバ17から溢水開口17.1、17.2を通じて、また、フラッディングチャンバ17から水入口開口15.2を通って排出することができ、それによって水泳・潜水補助具10が大きく重量を失い、したがって容易に運搬可能になる。
The overflow openings 17.1, 17.2 are connected to the
水は、図3に示されており、流路20内に配置されているプロペラ50によって入口開口21.1、21.2を介して吸引され、流路20を通って図1に示す噴出口26へと加速される。水泳・潜水補助具のための推進はこのようにして行われる。ガイド要素22.1および保護バー22.2、22.3は、大きな異物が吸入されるのを防止するか、またはユーザが走行しているプロペラ50に触れることを防止する。さらに、ガイド要素22.1およびその前に配置されたリブは、水泳・潜水補助具10の走行モードにおいて安定化効果を有する。
Water is drawn through the inlet openings 21. 1, 21.2 by the
図3は、水泳・潜水補助具10を、開放された状態で描かれた流路20の領域における側方切断図で示す。したがって、切断面は、走行方向において水泳・潜水補助具10の中央長手方向面に平行に且つ右に延伸する。
FIG. 3 shows the swimming and
流路20は、水泳・潜水補助具10の下側から船尾まで湾曲して船殻11内に案内される。流路20は、流入口21.1、21.2に向かう走行方向において左前流路ハーフシェル23および右前流路ハーフシェル24によって、形成されている。流路ハーフシェル23、24は、互いに正確に接合され、接続要素によって接続される。このようにして、前方チャネル部分が滑らかな表面で形成される。水泳・潜水補助具10の後方領域における流路20の周囲の空間も部分的に囲むフラッディングチャンバ17の一部が、走行方向において流路20の前方に示されている。
The
割り当てられた電気モータ110を有するプロペラ50と、流れ方向においてプロペラ50の上流に配置されたセンタリングデバイス40と、センタリングデバイス40に差し込み式に取り付けられた流入キャップ30と、流れ方向においてプロペラ50の下流に配置されたフローステータ60と、取り付けられた端部キャップ80を有する後続の接触保護部70とを備える水中駆動ユニットが、流路20内に配置されている。
A
接触保護部70が、噴出管25の領域に配置されている。噴出管25は、流れ方向においてフローステータ60の下流に配置されている。噴出管は、フローステータ60と噴出口26との間に流路20を形成する。
A
噴出口26の周方向にある保持リング19および接続リング18が、噴出管25から船殻11への接続を形成する。
A retaining
プロペラ50は、半径方向外向きに突出するプロペラブレード54がその上に成形される基体部分52を有する。プロペラブレード54は、本実施形態においてはプロペラ50の右回転において、流入開口21.1、21.2から水を吸引し、噴出口26から排出するように、基体部分52に対して斜めに整列している。
The
プロペラ50を駆動するために、電気モータ110のロータ112が接続されている。ロータ112は、この目的のために、プロペラ50のプロペラブレード54の外側端部に直接結合されている。プロペラ50の回転中、ロータ112は、プロペラ50の周りの円形経路上を動く。この円形経路の周りに電気モータ110のモータステータ111が配置されている。
In order to drive the
駆動力は、モータステータ111とロータ112との間に発生する。プロペラ50への駆動力の伝達は、ロータ112によってプロペラブレード54の端部で行われる。したがって、大きなトルクが発生する大きな半径で力の伝達が行われる。暗黙的に、プロペラ50の非常に速い回転速度変化、したがって水泳・潜水補助具10の速度変化が、電気モータ110の所与の出力で実現される。
A driving force is generated between the
流路ハーフシェル23、24と、プロペラブレードの円形経路の外径と、噴出管25とによって決定される、流路20の流路断面の側にモータステータ111とロータ112とが配置されている。したがって、電気モータ110は、流路20内で加速される水の主流の領域には存在せず、したがって、利用可能な流れ断面、ひいては水の流れに悪影響を与えない。したがって、流路20を通る体積流量が同一である場合、従来通り駆動シャフトに作用する電気モータ110が流路20に設けられている構成と比較して、より直径が小さい流路20を設計することができる。これにより、水泳・潜水補助具10の全体設計をよりコンパクトに構成することができる。
The
センタリングデバイス40は、半径方向外側に整列されたセンタリングバー42が接続された流線形基体41を有し、上記センタリングバーは同様に流線形に設計されている。センタリングデバイス40が、センタリングバー42を用いて流路ハーフシェル23、24に取り付けられている。流入キャップ30は、センタリングデバイス40の基体41に流れ方向とは反対に取り付けられている。流入キャップ30は同様に流線形流入面31を有し、流入面31は基体41の表面に徐々に移行する。基体41の直径は、プロペラ50の基体部分52の直径に対してプロペラ50に向かって適合されている。流入キャップ30、センタリングデバイス40の基体41、およびプロペラ50の基体部分52のこの形状のために、流路20を通って流れる水に対して低い流れ抵抗が達成される。
The centering
フローステータ60は、半径方向外側に向いたステータブレード65がその上に配置されたステータ基体61を有する。ステータブレード65は、流路20に端部側で直接接続されている。したがって、フローステータ60は、流路20内に固定的に配置される。
The
ステータブレード65は、水の流れ方向に沿って湾曲して設計されている。プロペラ50に面するステータブレード65の端部は、プロペラ50の回転方向に対して所定の角度で湾曲している。対照的に、プロペラ50から外方に面するステータブレード65の端部は、プロペラ50の回転軸にほぼ平行に延伸する。水は、螺旋状の経路でプロペラ50を出る。ステータブレード65の形状のために、フローステータ60は流路18[原文通り:20の誤り]を通って流れる水の回転に反して作用し、水は流れステータ60の下流で実質的に回転せず、噴出口26に流れる。これにより、水の回転エネルギーは直線運動エネルギーに変換され、したがって、水泳・潜水補助具10を駆動するように機能する。
The
ステータ基体61の直径は、プロペラ50の基体部分52の直径に少なくともほぼ対応することが好ましい。したがって、水のプロペラ50からフローステータ60への移行時に、より低い流れ抵抗が達成される。
The diameter of the
接触保護部70が、放射状に配置された接触保護バー72を介して流路20の噴出管25に接続されている。したがって、接触保護部70は、流路20内に固定的に配置される。接触保護バー72は、流線形に設計されている。接触保護バーは、内側端部において、接触保護部70の基体本体71に接続されている。基体本体71は、流線形プロファイルを有する。フローステータ60に向かう基体本体71の直径は、フローステータ60のステータ基体61の直径に少なくともほぼ対応する。したがって、水のフローステータ60から接触保護部70への移行時に、より低い流れ抵抗が達成される。基体本体71の直径は、噴出口26に向かって先細になっている。それによって、外面は、好ましくは、一定距離をおいて噴出管25の表面の過程に追従する。基体本体71の表面と噴出管25との間の距離は、流れ去る水の流れ断面を画定する。流れ断面は、より大きな体積流量が十分に大きな断面によって許容されるように、基体本体71および噴出管25の形状によって選択されるが、可能な限り最小限の断面によって、噴出口26に向かう水の高い流速が同時に課される。
The
接触保護部70の基体本体71は、端部キャップ80によって端部側で終端されている。キャップ開口81がエンドキャップ80に導入される。中空体として設計された基体本体71からの水は、キャップ開口81を通って流出することができる。
The
図4は、同様に断面で示されている水中駆動ユニットを備えた、水泳・潜水補助具10を、横切断図で示す。
FIG. 4 shows a swimming and
図3に示す描写とは対照的に、図4の切断面は、水泳・潜水補助具の中央縦断面に沿って延伸し、それによって、水中駆動ユニットの構成要素もまた切断面で示される。 In contrast to the depiction shown in FIG. 3, the cut surface of FIG. 4 extends along the central longitudinal section of the swimming and diving aid so that the components of the underwater drive unit are also shown in the cut surface.
プロペラ50は、図5においてより詳細に説明されるように、シャフト90に固定される。センタリングデバイス40には、第1のベアリングハウジング45が取り付けられている。シャフト90が、第1のベアリングハウジング45に回転可能に取り付けられている。これは図6に詳細に示されている。第2のベアリングハウジング63が、フローステータ60取り付けられている。シャフト90は、第2のベアリングハウジング63に回転可能に取り付けられている。第2のベアリングハウジングは、図7に拡大して示されている。
接触保護部70の基体本体71は、中空体として設計されている。水は、同様に中空体として設計された端部キャップ80のキャップ開口81を通って基体本体71を出入りして流れることができる。
The
図示されているように、左前流路ハーフシェル23は、左ジョイントプロファイル23.1と、流路20の中央縦断面に沿った取付けアイレット23.2とを有する。図3に示す右前流路ハーフシェル24は、その縁部が左ガイド[原文通り]プロファイル23.1に固定されて取り付けられ、2つの流路ハーフシェル24[原文通り:23、24の誤り]は、適切な固定手段、好ましくは、取付けアイレット23.2を通って案内されるねじによって堅固に接続される。シール材料を、左ジョイントプロファイル23.1に挿入することができる。
As shown, the left front
図5は、プロペラ50の領域における、図4に示されている切断面描写の一部を示す。
FIG. 5 shows a portion of the cutaway depiction shown in FIG. 4 in the region of
シャフト90は、中空シャフトとして実装される。シャフト90は、有利には炭素繊維強化プラスチック(CFRP)から製造される。シャフトは、中央領域91と、水の流れ方向に対向して整列された前方シャフトベアリング区画93と、前方シャフトベアリング区画93と直径方向に正反対に位置する後方シャフトベアリング区画94とに分割される。
The
前方シャフトベアリング区画93には、フロントベアリング101を用いてシャフト90が取り付けられている。フロントベアリング101はアンギュラボールベアリングとして設計されている。フロントベアリング101は、図6を参照してより詳細に説明するように、センタリングデバイス40の第1ベアリングハウジング45の内側のロックナット100によって保持される。
A
後方シャフトベアリング区画94には、リアベアリング104を用いてシャフト90が取り付けられている。リアベアリング104は溝付きボールベアリングとして設計されている。
A
プロペラは、シャフト90の中央領域91内で内側シリンダ51を使用してシャフト90に取り付けられている。内側シリンダ51は、好ましくはシャフト90に接着される。内側シリンダ51上には、プロペラ支柱53が成形されている。プロペラ支柱53は、シャフト90の中心縦軸に対して部分的に横方向にかつ部分的に平行に位置合わせされている。プロペラ支柱53は、その外側端部がプロペラ50の基体部分52に接続されている。プロペラ支柱は、好ましくは、基体部分52上に一体成形されている。したがって、プロペラ支柱53は、内側シリンダ51とプロペラ50の基体部分52との間の堅固な接続を形成する。ハブ領域が、内側シリンダ51と基体部分52との間の空洞として設計されている。ハブ領域は、シャフト90の中心縦軸に対して横方向に整列されたプロペラ支柱53によって、センタリングデバイス40に面する前方チャンバと、フローステータ60に面する後方チャンバとに分割される。通路(図示せず)が、これらの横方向に延伸するプロペラ支柱53に導入される。プロペラ50が回転しているとき、水は、通路を通って前方チャンバから後方チャンバへ搬送される。
The propeller is attached to the
前方接続内側肩部52.1が、その縁部がセンタリングデバイス40に面して基体部分52上に形成され、後方接続内側肩部52.2が、直径方向に正反対の縁部に形成される。基体部分52の外周には、プロペラブレード54が固定される。プロペラブレード54は、好ましくは、基体部分52上に一体成形されている。プロペラブレード54の外側端部は、基体部分52に対して一定の円周方向距離をおいて、接続領域54.1を介してプロペラリング55に接続されている。したがって、プロペラリング55は、シャフト90の回転軸を中心として回転対称に配置される。ロータハウジング前壁56が、プロペラリング55に対して半径方向外側に向けて成形されている。内側シリンダ51、プロペラ支柱53、基体部分52、プロペラブレード54、プロペラリング55、およびロータハウジング前壁56は、好ましくは一体として製造される。
A front connecting inner shoulder 52.1 is formed on the
フローステータ60のステータ基体61が、接続要素62を介して第2のベアリングハウジング63に接続されている。図示の実施形態では、接続要素62は、漏斗形状に設計されている。接続要素62は貫通開口(図示せず)を有し、これを通って水がハブ領域の後方チャンバから接触保護部70の基体部分71の内側チャンバへと逃げることができる。ステータ基体61上には、前方接続外側肩部61.1がプロペラ50に向けて整列されて形成されている。前方接続外側肩部61.1は、プロペラ50の基体部分52の後方接続内側肩部とわずかな距離をおいて重なり合う。このために、ステータ基体61は、プロペラ50の基体部分52と少なくともほぼ同じ外径を有する。後方接続外側肩部61.2は、前方接続外側肩部61.1と直径方向に正反対のステータ基体61上に成形される。ステータブレード65はステータ基体61に固定されている。したがって、ステータブレード65は、好ましくは、ステータ基体61に一体的に成形される。ステータブレード65は、図3に既に示されているように、ステータ基体61に対して半径方向に整列している。ステータブレード65の外側端部はステータ外側リング66に接続されている。ステータ外側リング66は、プロペラ50の回転軸に対して円周方向に配置されている。ステータ外側リング66は、プロペラリング55の縁部の手前に短い距離をおいてプロペラ50に面する縁部で終端している。ステータ外側リング66の外面には後方ハウジング壁67が成形されている。示されている描写の切断面はハウジング壁67の補強された領域を貫通しており、そこにはねじ孔67.1がねじ116を収容するために導入されている。ねじ孔67.1を有するそのような補強領域は、ハウジング壁67に沿って離間して設けられている。ハウジング壁67は、その間に薄壁として設計されている。プロペラリング55と一定の半径方向距離をおいて重なり合っているハウジングカバー68が、ハウジング壁67上に成形されている。ねじ116を受け入れるためのねじ付きレセプタクル68.1が、ハウジングカバー68の前面に導入される。
A
第2のベアリングハウジング63、接続要素62、ステータ基体61、ステータブレード65、ステータ外側リング66、後方ハウジング壁67、およびハウジングカバー68は、好ましくは一体的に設計される。
The
噴出管25は、ねじ116によってハウジング壁67に固定される。半径方向に整列したフランジ25.1がこの目的のために噴出管25上に成形されており、その中に、ねじ116を導くための孔がハウジング壁67のねじ孔67.1に正確に導入される。
The
接触保護部70の基体本体71は、フローステータ60に面した端部に組み込まれた階段形状のステータ接続領域71.1を有する。ステータ接続領域71.1は、ステータ基体61の後方接続外側肩部61.2に挿入され、それによって、周方向のプラグ接続が形成される。ステータ接続領域71.1と後方接続外側肩部61.2との間には、第4のシールリング123が設けられている。第4のシールリング123は、基体本体71の内部を流路20から密閉する。
The
センタリングデバイス40は、流れ方向においてプロペラ50の上流に配置されている。センタリングデバイス40の回転対称基体41は、プロペラ50の基体部分52への移行領域において基体部分52と同じ外径を有する。これによって、流れ去る水に対する流れ抵抗が低くなる。基体41の外径は、流入キャップ30に向かう凹状のカーブに沿って先細になっている。基体41は、プロペラ50に向かう接続肩部41.1を有する。接続肩部41.1は、プロペラ50の基体部分52の後方接続内側肩部52.2とわずかに半径方向距離をおいて重なり合っている。センタリングバー42は、基体41に半径方向に整列して取り付けられている。センタリングバー42は、それによって、好ましくは基体41上に一体成形される。センタリングバー42は、基体41に対して接線方向に向かう延伸において細長く設計されている。それらはしたがって、低い流れ抵抗で流れ去る水に対抗する。センタリングバー42は、基体41の長さの半分にわたって軸方向に整列して重なり合っている。流入する水に対抗するそれらの前縁は、水の流れ方向において基体に向かって増大する半径方向距離で下方に傾斜する。この方策がまた、流れ去る水の流れ抵抗を減少させる。センタリング外側リング43がセンタリングバー42の外側端部に固定されている。センタリング外側リング43はセンタリングバー42に一体的に接続されていることが好ましい。半径方向外向きに整列された前方ハウジング壁44が、センタリング外側リング43上に固定されており、特に一体として成形されている。前方ハウジング壁44は、その外径がハウジングカバー68まで延伸し、上記ハウジングカバーの前面と接触する。組み立て孔44.1がハウジング壁44に設けられている。組み立て孔44.1は、ハウジングカバー68のねじ付きレセプタクル68.1に一致して配置される。ハウジング壁44およびハウジングカバー68は、組み立て孔44.1を通って案内され、ねじ付きレセプタクル68.1にねじ込まれるねじ116を使用して堅固に接続される。
The centering
戻り止め突起43.1が、センタリング外側リング43の外面上に成形されている。戻り止め突起43.1は、本実施形態では、センタリング外側リング43上に成形された円周方向ビードとして設計されている。しかし、半球状の戻り止め突起43.1は、センタリング外側リング43の周りに離間して設けられてもよい。センタリングデバイス40は、そのセンタリング外側リング43によって、流路ハーフシェル23、24によって形成された流路20に挿入される。センタリング外側リング43はそれによって、流路ハーフシェル23、24が端部側で前方ハウジング壁44に接触するか、または流路ハーフシェル23、24が前方ハウジング壁44の正面に直に配置されるまで、流路20に挿入される。この位置において、戻り止め突起43.1は、流路ハーフシェル23、24に組み込まれた円周方向戻り止めレセプタクルにスナップ嵌めされる。したがって、センタリングデバイス40は、流路20内に堅固に固定される。
A detent projection 43.1 is molded on the outer surface of the centering
内側に向けられた第1のベアリングハウジング45が、センタリングデバイス40の基体41上に成形されている。第1のベアリングハウジング45は、第1のシール領域45.1を介して、水の流れの反対側に向いた基体41の端部に取り付けられている。第1のベアリングハウジング45は鍋状のプロファイルを有し、基体41への接続は鍋のふちで行われる。第1のベアリングハウジング45は、水の流れ方向に整列した基体41によって形成された空洞内に配置される。第1のベアリングハウジング45と基体41との間の中間空間は、シーリングコンパウンド47によって充填される。したがって、この領域には水が集まらない。流入キャップ30は、第1のシール領域45.1において基体41に取り付けられている。
A first bearing
電気モータ110のモータハウジング117は、ハウジングカバー68と、後方ハウジング壁67と、前方ハウジング壁44とによって形成されている。モータハウジング117は、ステータ外側リング66、プロペラリング55、およびセンタリング外側リング43によって流路20に向かって区切られている。したがって、モータハウジング117は、流路20を流れる水の、流路20の直径によって予め定められる流れ断面の半径方向外側に配置される。モータハウジング117の半径方向外側領域は、ステータハウジングカバー113.1によって分離されている。分離された領域は、ステータハウジング113を形成する。電気モータ110のモータステータ111は、ステータハウジング113内に配置されている。モータステータ111は、所定数の電磁石から構成されている。これらの電磁石は、環状ステータハウジング113に沿って所定の規則的または不規則な間隔113[原文通り]で配置される。少なくとも1つのコイル111.1が各電磁石に割り当てられる。ステータハウジング113の空洞は、好ましくは、シーリングコンパウンドでシールされる。このようにして、モータステータ111がシーリングコンパウンド内に埋め込まれる。
The
モータハウジング117の内部には、プロペラリング55、ロータハウジング前壁56、ロータハウジングカバー114.1によってロータハウジング114が形成されている。ロータハウジングカバー114.1が、プロペラリング55から離れて半径方向外側に配置される。一方の側では、ロータハウジングカバー114.1はロータハウジング前壁56に接する。電気モータ110のロータ112が、ロータハウジング114内に取り付けられている。ロータ114は、所定数の永久磁石112.1によって形成される。これらの電磁石は、環状ロータハウジング114に沿って所定の規則的または不規則な間隔113[原文通り]で配置される。ロータ114および/または永久磁石112.1は、ロータハウジング114内に導入されるシーリングコンパウンドに埋め込まれる。したがって、ロータ114および/または永久磁石112.1は、ロータハウジング114に接続される。ロータハウジングカバー114.1も同様にシーリングコンパウンドで固定される。空隙115が、ステータハウジングカバー113.1とロータハウジングカバー114.1との間に形成される。
Inside the
電気モータ110は、設計上、リングモータまたはトルクモータに対応する。したがって、電気モータ110は内部ロータとして設計される。ロータ112は、電気モータ110の回転軸から大きな半径方向距離をおいて配置されているため、この設計によって高いトルクが達成され得、プロペラ50に伝達される。さらに、トルクは、対応する数の電磁石および永久磁石112.1による多数の極対によって増加することができる。したがって、プロペラ50の回転速度の迅速な変化、したがって水泳・潜水補助具10の速度の迅速かつ動的な変化を達成することができる。
The
モータハウジング117は、好ましくは、流路20およびプロペラブレード54の直径によって決定される水の流れ横断面の外側にある。したがって、利用可能な流れ断面積は、既に説明した利点を有する電気モータ110によって低減されない。
The
モータハウジング117は、流路20に対してシールされていない。プロペラリング55とステータ外側リング66またはセンタリング外側リング43との間にはそれぞれ隙間が形成され、その中を通って水がモータハウジング117に流入することができる。モータステータ111およびロータ112は、流入する水に対してステータハウジング113またはロータハウジング114の内部にシールされている。電気モータ110からの廃熱は、流れ去る水によって効率的に除去される。これにより、電気モータ110の効率が高まる。モータステータ111および/またはロータ112は、特に、それぞれ設けられたシーリングコンパウンドによって水の浸入から保護される。シーリングコンパウンドは同様に、良好な熱伝導特性を有する熱ブリッジを形成し、それによって、電気モータ110からの廃熱を効率的に周囲の水に放出することができる。
The
シャフト90は、有利にはプロペラ50の2つの側面に取り付けられる。したがって、流れ去る水によってプロペラ50に伝達される高い横方向の力が、安全に吸収され得る。シャフト90の撓みまたはシャフト90およびプロペラ50の振動を防止することができる。これにより、モータステータ111とロータ112との間に形成される空隙115を常に一定に保つことができる。これによって、走行が非常に静かになる。さらに、駆動力は、空隙115の変動する幅に影響されない。ロータハウジング114とステータハウジング113との衝突が安全に防止される。
The
シャフト90が中空シャフトとして設計されているため、シャフト90の剛性に実質的に影響を及ぼすことなく重量を節約することができる。より軽い重量は、本発明の水泳・潜水補助具のような運搬可能な水上スポーツデバイスにとって必須の利点である。重量は、シャフトが炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を含む点でさらに低減される。
Because the
CFRPは、シャフト90を製造するために使用される従来の材料、例えばスチールと比較して同時に高い剛性で大幅に軽量化されるという利点を提供する。スチールと比較して、CFRPから製造されたシャフト90は、振動に対する傾向が著しく低く、これにより同心走行が改善され、騒音が低減される。さらに、重量が軽くなり、振動が減少すると、ベアリング101、104の負荷が減少し、それによって、シャフト90がその中心縦軸を中心として回転可能に取り付けられ、これによりベアリング101、104の摩耗が低減し、したがってその寿命が長くなる。CFRP製のシャフト90の慣性質量は、スチール製のシャフト90に対して大幅に低減され、これにより、シャフト90したがってプロペラ50の回転速度の所望の変化により高い動力が生じる。同時に、プロペラ50を用いてシャフト90を加速するためのエネルギー消費が減少し、蓄電池駆動水泳・潜水補助具10の動作時間の延長につながる。
CFRP offers the advantage of being significantly lighter with high rigidity at the same time compared to conventional materials used to manufacture the
シャフト90の剛性を高めるために、シャフトは多層として設計されてもよい。炭素繊維マットがプラスチックマトリックス内の種々の配向の炭素繊維で構成されている内層の後に、整列した炭素繊維を有する層が続く。これらは、好ましくは、繊維方向に非常に高い、例えば400,000N/mm2を超える弾性係数を有する高弾性率の炭素繊維として設計される。本実施形態では、高弾性率の炭素繊維は、シャフト90の剛性および曲げ強度を高めるために、シャフト90の長手延伸方向に本質的に整列している。代替的または付加的に、シャフト90の長手方向延伸を横切って配置された高弾性率の炭素繊維を有するCFRP層を設けることもできる。この構成では、追加の炭素繊維は、シャフト90のねじり強度を増加させる。
In order to increase the rigidity of the
シャフト90の表面は、部分的に切削、研削、または研磨される。これらの製造後工程により、シャフト90の正確に回転対称な輪郭が得られ、これによって良好な同心走行がもたらされる。表面の亀裂が除去され、亀裂の端部に機械的負荷を形成するノッチ応力が防止されるか、少なくとも低減される。シャフト90の破損の可能性が減少し、その耐久性が増加する。後処理において炭素繊維が損傷するのを防止するために、シャフトは、炭素繊維を含まない外側仕上げプラスチック層を有する。
The surface of the
シャフト90の中心縦軸に部分的に横方向かつ部分的に平行に整列されたプロペラ支柱53のために、プロペラ50の内側シリンダ51と基体部分52との間に堅固で頑丈な接続が達成される。
Due to the
内側シリンダ51、プロペラ支柱53、基体部分52、プロペラブレード54、プロペラリング55、およびロータハウジング前壁56は、好ましくは一体成形部品を表す。これは、例えば、プラスチック材料から製造することができる。したがって、関連する構成要素を備えたプロペラ50を、1つの製造工程で安価に製造することができる。
代替的に、内側シリンダ51、プロペラ支柱53、基体部分52、プロペラブレード54、プロペラリング55およびロータハウジング前壁56などの関連する構成要素を備えたプロペラ50は、完全にまたは部分的に金属製であってもよい。
Alternatively, the
センタリングデバイス40およびフローステータ60は、流路20に堅固と接続される。したがって、前方ベアリングハウジング45および第2のベアリングハウジング63の位置、したがってシャフト90のベアリング101、104の位置が、堅固に予め定められ固定される。したがって、流路20内のプロペラ50の正確な位置決めが保証される。センタリングデバイス40、プロペラ50、およびフローステータ60、ならびに、内部に形成され、ステータハウジング113およびロータハウジング114を含むモータハウジング117の間の堅固な接続のために、水中駆動ユニットの可動部分は堅固に、互いに対向して整列される。したがって、水泳・潜水補助具10の通常の動作においてしばしば生じる振動および衝撃への影響が補償され得る。特に、可動構成要素と固定構成要素との間に小さな間隔lを設けることができる。特に、ロータ112とモータステータ111との間の空隙115を狭く設計することができ、これにより、高い力伝達と電気モータ110の高い効率が得られる。
The centering
図6は、フロントベアリング領域における、図4に示されている切断図の一部を示す。 FIG. 6 shows a part of the cut view shown in FIG. 4 in the front bearing region.
フロントベアリング領域は、第1のベアリングハウジング45によって取り囲まれている。第1のベアリングハウジング45は、センタリングデバイス40の基体41上に一体成形されている。流入キャップ30に向かって整列した第1のシール領域45.1から出発して、円筒形の案内部分45.3が基体41の内部空間に続いている。円筒形部分45.3に対してわずかに縮径されたフロントベアリング支持体46が、円筒形部分45.3に接続する。第2のシール領域45.2が、第1のベアリングハウジング45の直径が後続してさらに縮小することによって形成される。半径方向内側に向けられた第1の当接部48が、第2のシール領域45.2上に成形される。
The front bearing area is surrounded by a first bearing
シャフト90がシャフト90の前方シャフトベアリング区画93とともに、第2のシール領域45.2の側から第1のベアリングハウジング45内に挿入される。プロペラ50の内側シリンダ51が接触するプロペラストップ92が、シャフト90の円周方向に成形されている。シャフト90の前方シャフトベアリング区画93の直径は端部側で小さくなっている。ベアリングシート95が、この小さい直径部に固定されている。ベアリングシート95は、金属から製造され、特に接着によってシャフト90に接続される。ベアリングシート95は、シャフト90に向かって半径方向外向きに突出するベアリングストップ95.1を有する。
The
フロントベアリング101がベアリングシート95に押し付けられる。フロントベアリング101はアンギュラボールベアリングとして設計されている。フロントベアリングは、ベアリングシート95のベアリングストップ95.1上でその内輪と接触する。フロントベアリング101の外輪は、その外面が第1のベアリングハウジング45のフロントベアリング支持体46に接触する。フロントベアリング101の外輪は、第1のベアリングハウジング45の円筒部の内部に取り付けられたロックナット100によって保持されている。この目的のために、外輪は、ロックナット100上に成形された第1の外輪カウンタベアリング101.1に接触する。
The
前方半径方向シール領域102が、第1のベアリングハウジング45の第2のシール領域45.2に形成されている。この目的のために、前方半径方向シャフトシールリング102.1が、シャフト90の第2のシール領域45.2と前方シャフトベアリング区画93との間に配置される。前方半径方向シャフトシールリング102.1は、ベアリングハウジング45の内向きの第1の当接部48によってプロペラ50に向かって保持される。前方半径方向シャフトシールリング102.1は、第1の固定リング102.2によって直径方向に正反対に保持される。第1の固定リング102.2は、第1のベアリングハウジング45の溝に締め付けられる。
A forward
流入キャップ30は、ベアリングハウジング45の方に向けられた接続片32を有する。シールリング収容部33が、接続片32に組み込まれている。シールリング収容部33には、シールリング120、121が挿入される。流入キャップ30は、接続片32とともに、センタリングデバイス40の第1のシール領域45.1に挿入される。したがって、シールリング120、121は、流路20からの水が流入キャップ30および第1のベアリングハウジング45の内部空間に浸入するのを防止する。
The
シャフト90は、フロントベアリング101を介してフロントベアリング取り付け区画93に容易に回転可能であるように取り付けられている。フロントベアリング101は、ベアリングストップ95.1、ロックナット100、第1の外輪カウンタベアリング100.1およびフロントベアリング支持体46とともにベアリングシート95によって、堅固に保持される。これにより、ロックナット100は、フロントベアリング101が軸方向に保持される遊びを設定することができる。フロントベアリング101の領域は、前方半径方向シャフトシールリングによってシャフト90に向かってシールされる。流入キャップ30の側では、センタリングデバイス40の第1のシール領域45.1と流入キャップ30の接続片32との間のシールは、そこに配置されたシールリング120、121によって行われる。したがって、フロントベアリング101は水分による浸入から保護される。さらに、シャフト90およびフロントベアリング101の空洞にはグリースが充填されているため、水分からさらに保護される。
The
水の反力は、プロペラ50の内側シリンダ51によってプロペラ50を介してシャフト90に伝達される。シャフト90は、ベアリングシート95を介してフロントベアリング101の内側リングにこの力を伝達する。この力は、アンギュラボールベアリングとして設計されたフロントベアリング101内のボールベアリングを介して、フロントベアリング101の外輪に伝達される。そこから、センタリングデバイス40への力の入力は、ロックナット100を介して、そこから水泳・潜水補助具10の流路20および車両11へと行われる。
The reaction force of water is transmitted to the
金属から製造されたベアリングシート95は、CFRPから製造されたシャフト90の表面が、伝達される高い力によって損傷するのを防止する。
The bearing
図7は、リアベアリング領域における、図4に示されている切断図の一部を示す。 FIG. 7 shows a portion of the cut view shown in FIG. 4 in the rear bearing region.
第2のベアリングハウジング63が、フローステータ60の接続要素62上に成形される。第2のベアリングハウジング63は、水泳・潜水補助具10の船尾11.5に面する端部から始まり、第4のシール領域63.2、リアベアリング支持体64、第3のシール領域63.2および第2の当接部63.3によって形成される。
A
第4のシール領域63.2およびリアベアリング支持体64は、第2のベアリングハウジング63の、半径方向においてシャフト90の回転軸に対して円周方向の領域を形成する。第3のシール領域63.1は、この目的のために直径が小さくなっている。半径方向内側に整列した第2の当接部63.3が、第3のシール領域63.1の端部に成形されている。
The fourth seal region 63.2 and the
シャフト90は、その後方シャフトベアリング区画94とともに第3のシール領域63.1を通って第2のベアリングハウジング63に挿入される。後方半径方向シャフトシールリング103.1が、第3のシール領域63.1とシャフト90との間に配置される。後方半径方向シャフトシールリング103.1は、その軸位置において、半径方向に突出する、ベアリングハウジング63の第2の当接部63.3によってプロペラ50に向かって、かつ第2の固定リング106によって直径方向に正反対に保持される。後方半径方向シール領域103が、半径方向シャフトシールリング103.1、シャフト90、および第3のシール領域63.1によって形成される。
The
リアベアリング104は、後方シャフトベアリング区画94と第2のベアリングハウジング63のリアベアリング支持体64との間に配置される。これによって、リアベアリング104は、その内輪によって後方シャフトベアリング区画94に接触し、その外輪によってリアベアリング支持体64に接触する。リアベアリング104は、単列の溝付きボールベアリングとして設計されている。リアベアリング104は、リアベアリング支持リング105によって水泳・潜水補助具10の船尾11.5に向かって軸方向に保持される。リアベアリング104に向かって整列された第2の外輪カウンタベアリング105.1が、この目的のためにリアベアリング支持リング105上に成形される。リアベアリング104の外輪は、この外輪カウンタベアリング105.1に接触する。
The
リアベアリング支持リング105の外周は、第2のベアリングハウジング63の第4のシール領域63.2の内面と接触する環状位置決め区画105.2によって形成される。2つのシールリング124、125は、環状位置決め区画105.2と第4のシール領域63.2との間に配置される。シールリング124、125は、第4のシール領域63.2に組み込まれた溝に挿入される。リアベアリング支持リング105は、第4のシール領域63.2に挿入される。第3の固定リング107が、リアベアリング支持リング105に接続して設けられている。したがって、リアベアリング支持リング105はその位置に保持される。
The outer periphery of the rear
水がシャフト90に沿って第2のベアリングハウジング63に浸入することが後方半径方向シャフトシールリング103.1によって、防止される。第2のベアリングハウジング63も、同様に、リアベアリング支持リング105および周方向シールリング124、125によってシールされる。したがって、リアベアリング104は水分から保護される。さらに、シャフトおよびリアベアリング104の領域の空洞にはグリースが充填されているため、水分からさらに保護される。
Water is prevented from entering the second bearing
組み立てのために、シャフト90が第2のベアリングハウジング63に挿入され、後方半径方向シャフトシールリング103.1が第2の固定リング106を用いて取り付けられ、固定される。最後に、リアベアリング104が取り付けられ、リアベアリング支持リングが挿入される。最初に、第3の固定リング107が、設けられた溝に締め付けられる。したがって、ベアリング領域は組み立てやすくなる。リアベアリング104および後方半径方向シャフトシールリング103.1は、リアベアリング支持リング105が挿入されているためメンテナンスの目的で容易に手が届くことができる。
For assembly, the
Claims (15)
前記電気モータ(10)の前記ロータ(112)が少なくとも1つのプロペラブレード(54)の少なくとも1つの外側端部に直接的または間接的に結合されていること、および、前記モータステータ(111)が少なくとも部分的に前記ロータの周りに円周方向に配置されることを特徴とする、水泳・潜水補助具(10)。 A swimming and diving aid (10) with a hull (11) on which a user rides or stands, wherein the propeller (50) is disposed in the hull (11) and driven by an electric motor (10). And a radially outward propeller blade (54) attached to a base portion (52) of the propeller (50), the electric motor (10) being rigid A swimming and diving aid (10) having a motor stator (111) disposed in the motor stator and a rotating rotor (112) spatially assigned to the motor stator (111),
The rotor (112) of the electric motor (10) is coupled directly or indirectly to at least one outer end of at least one propeller blade (54); and the motor stator (111) Swimming and diving aid (10), characterized in that it is at least partly arranged circumferentially around the rotor.
The submersible drive unit includes at least the rotor housing (114) and the stator housing (113), the electric motor (110), the centering device (40), the inflow cap (30), the flow stator (60), The swimming and diving aid according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the propeller (50) has the shaft (90) and the bearings (101, 104). (10).
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